下霍煤矿1306 综采工作面回采过陷落柱的工艺优化

2022-08-03王熙

山西冶金 2022年3期

王熙

（晋能控股煤业集团长治有限公司，山西晋城 046000）

在我国华北地区陷落柱广泛分布,陷落柱的存在不仅影响采区和工作面的合理布置、减少煤炭储量、降低机械化采煤效率, 更重的是影响煤矿的安全生产。陷落柱会造成煤层不连续，陷落区内及周边部分岩石会代替原有煤层，是瓦斯、水等存储、运移通道，采掘作业面推进至陷落柱时会产生安全威胁，同时还会影响煤质，由于陷落柱附近煤岩体较为破碎，是良好的导水通道，当煤层底板存在承压含水层且发育有隐伏陷落柱时，受到采掘影响底板承压水可能会从陷落柱沿着采动裂隙向回采空间涌出，给采面正常生产带来威胁。

1 工作面基本概况

下霍煤矿1306 综采工作面位于井田内的一采区内，一采区剩余设计可采储量为10.755 Mt，一采区开拓巷道呈“Z”字形布置，由井底车场向正东方向延伸，由北向南分别布置东翼回风大巷、东翼皮带大巷、东翼轨道大巷，随后向南布置一采区皮带巷、一采区回风巷、一采区轨道巷，在一采区巷道两侧直接布置回采工作面回采，受采区东部Fd22 断层、Fd23 断层影响，为了简化回采工艺，避免每个回采面顺槽均穿越断层，方便回采工作面回采，在一采区大巷南端向东布置一采区皮带巷II 段（机轨合一）、一采区回风巷IV 段，至采区东部边界，用于开采一采区东部资源。3号煤回采工作面的原煤经过如下环节到地面：煤由回采工作面→工作面运输顺槽→一采区皮带巷→东翼皮带大巷→1 号煤仓→主立井→地面。

2 工作面陷落柱的主要形状及对工作面回采的影响

2.1 陷落柱的主要形状

陷落柱主要由塌陷的岩石碎块组成。这些岩石碎块，棱角显著、形状不一。排列紊乱，大小混杂，岩块与岩块之间，充满着岩粉，煤粉和各色黏土，胶结差，多未成岩。外围的岩层产状正常而连续，但交界区域岩层强度较正常岩层明显变弱。陷落柱形状一般不规则，大体上呈椭圆形或扁圆形，如图1 所示。

图1 较为典型的陷落柱形状示意图

2.2 陷落柱对工作面回采的主要影响

1）对可采储量的影响。在煤矿井田中，尤其是在采区内如若发现有陷落柱，则陷落柱会破坏煤层，大幅地减少煤炭的可采储量，根据陷落柱的特点可知，这是由于陷落柱区域的煤层，很大程度上会遭到破坏，并且为了避免其他不安全因素，在陷落柱的周围一般还要采取绕过的方式，对陷落柱的周边还需要留设一定尺寸及一定量的保护煤柱，这样会使井田内的煤炭储量相对地减少很多。

2）对生产成本的影响。在回采过程中遇到陷落柱时，会直接降低采煤效率，从而提高生产成本。在井下采区若发现有陷落柱，一般先采用钻探圈定陷落范围，然后根据陷落柱范围内的岩性组成及范围大小，采取措施进行回采，此时回采的方式多以绕行和强行通过两种办法。但是这样不仅影响采煤工作面回采的正常进行，同时也降低了生产效率，给工作面运输、顶板管理、设备维护等造成很大困难。

3）对安全生产的影响。在综采工作面过陷落柱时，不仅会增加工作人员的劳动强度，加大工作量，同时井下作业的安全系数也相应地降低，因为根据可以知道，在回采过陷落柱时，不管是采取强行通过陷落柱的办法，还是采取绕行的方式过陷落柱，最终都将采取非正规的方式进行工作面的回采，不仅仅加大了工作人员的劳动强度，同时对管理人员和专业技术人员来说也造成相应的工作增加，尤其表现在顶板管理和设备维护上，均较为困难，且工作面生产的安全系数明显降低。

2.3 陷落柱分布和特点

1306 综采工作面所在井田内三维地震勘探解释陷落柱31 个，其中根据地质报告及矿井实际揭露的情况，1306 综采工作面所在的一采区陷落柱有12个，具体情况如表2。

表2 1306 工作面所在一采区的陷落柱特征表

3 回采过陷落柱的两种经验方法

根据笔者的经验，综采工作面回采过陷落柱的方法，从总的方面来说，通常主要包括两种，一种是绕行法，另一种是强行通过法。

3.1 过陷落柱的绕行法

由于强行通过陷落柱需要投入较大的人力、物力，且强行通过极易损坏设备，且安全系数较低，因此生产过程中尽可能采用绕行的方式通过。这就要求布置工作面前必须详细了解井田范围内地质条件，采用钻探、物探、坑透等先进技术对井田范围进行勘探，从而合理布置工作面，为绕行提供条件。但是绕行法仅局限于陷落柱范围较大或陷落柱存在于工作面两顺槽附近。当陷落柱范围较大且在工作面中部时，往往采用重新掘进切眼，搬家的方式；当陷落柱位于两顺槽附近时，通过钻探采取在陷落柱周边掘进巷道，改变运输、通风等路线，缩短工作面长度，通过部分搬家的方式通过，绕行巷道尽可能不要作为主运输。

3.2 过陷落柱的强行通过法

当陷落柱范围较小，且位于工作面中部，不便于采取绕行法的方式通过时，就要采用强行通过的方法。比如陷落柱岩石松软，岩体全部为泥岩时，则采用采煤机切割的方式通过，当采煤机过陷落柱过程中，如苦出现大块的硬岩，则将对硬岩进行爆破处理，以此来减轻设备的负荷，减少设备的损耗和维修率；如果岩石为硬岩时，采煤机也无法正常截割通过的时侯，就要采用人工湿式打眼、放炮泥的方式进行强行通过了，最后再用采煤机对底煤进行清扫。

4 过陷落柱的工艺优化及安全措施

依据上述综采工作过陷落柱的方法分析，针对一采区1306 工作面的实际情况，首先采取绕行法的方式进行过陷落柱，对于陷落柱构造须严格按照《煤矿防治水细则》计算留设防水煤柱，且煤柱不小于30 m，防止构造导水进入矿井，防水煤柱内严禁进行采掘活动，严格超前探水，严格遵照“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，必须超前预注浆封堵加固巷道及底板，必要时可预先构筑防水闸门或者采取其他防治水措施，按照规定留设防隔水煤（岩）柱，采用注浆方法封堵导水通道等措施，采取注浆加固的方法，切断水源、补强底板，加强支护后，确保安全可靠后方可继续进行回采。

在回采过陷落柱时加强安全管理，其关键为顶板管理，同时根据不同的顶板状况采取相应的措施。根据笔者在综采工作面回采过陷落柱的经验，主要介绍以下几个方面。

首先是在采煤机割煤时，无论是割软岩还是爆破后清扫渣，必须减缓采煤机割煤速度，控制好采高，为便于接顶支护，陷落柱边沿地段可根据现场情况预留部分顶底煤，但必须超前拉架，严防冒顶，必要时对煤墙顶板进行注浆加固。陷落柱区域必须平缓过渡，严禁出现台阶，工作面大溜与巷道底板坡度一致、平缓为准，确保、采煤机、运输机平稳运行。

其次是对液压支架的观察和处理。过陷落柱期间，泵站压力不得低于30 MPa，支架初撑力不得小于24 MPa，护帮到位。割一架煤支架工及时跟机拉一架，严格控制顶板空顶范围，以防冒顶。支架工必须及时调整支架，防止出现倒架、挤架、咬架。有冒顶预兆的情况下，先迅速移顶板较好处的支架，再移顶板不好处的支架，避免范围扩大，影响安全生产。为便于接顶支护，陷落柱边沿地段可根据现场情况预留部分顶底煤，但必须超前拉架，严防冒顶。

再次是设备检修方面。要加大机电检修力度，尤其是刮板输送机、破碎机、采煤机和液压支架，保证设备正常运转，特别是保证支架初撑力和工作阻力，不得出现跑、冒、漏、串、滴等现象，支架工必须将支架升紧升牢，保证达到支护效果。还有就是顶板煤墙管理方面。加强工作面煤墙管理，能超前拉架的必须超前拉架，使护帮板有效地支护煤墙。如果工作面顶板破碎或片帮严重时，采取超前移架，且必须执行带压擦顶移架。所有支架必须接顶严密，保持底座平稳，使顶梁和底座受力均匀，支架严禁歪架。发现工作面顶板破碎、煤墙片帮严重、以及顶板出现导水时，及时运至工作面加强支护，并采取注浆措施，加固煤墙、顶板。最后，过陷落柱期间，必须加强陷落柱与煤交界处顶板管理工作，该处顶板较为破碎，容易发生冒顶。